專利名稱：包括各向異性介電覆層的指紋檢測器及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及個人識別和驗證領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及指紋檢測和處理領(lǐng)域。
指紋檢測和比較技術(shù)是一種可靠而且被廣泛應(yīng)用的個人識別或驗證技術(shù)。具體地說，普通的指紋識別方法包括掃描指紋取樣或指紋圖象，并保存所說圖象和/或該指紋圖象的獨特特征。例如為了驗證身份，可以將指紋取樣的特征與已經(jīng)記錄在數(shù)據(jù)庫中的參照指紋信息進行比較，以判定正確的人員身份。
一般的電子指紋檢測器基于用可見光、紅外光或超聲波輻照手指表面。利用例如某種攝像機采集反射能量，對所得圖象進行幀化、數(shù)字化處理，并以靜止數(shù)字圖象形式保存。美國專利說明書US-4210899中公開了與安全訪問應(yīng)用，例如許可一個人進入一個地點或允許進入一臺計算機終端，的中央處理工作站配合使用的一種光學掃描指紋讀取器。美國專利說明書US-4525859中也公開了用于攝取指紋圖象的一種視頻攝像機，并使用指紋中的小花紋，即指紋紋脊的分叉和末端來判斷是否與參照指紋數(shù)據(jù)庫匹配。
但是，光學檢測方法會受到染污手指的影響，或者光學檢測器可能會被指紋照片或印制圖象而不是真實的活體指紋蒙騙。此外，光學檢測方案可能需要在手指接觸表面與相應(yīng)的成象元件之間有較大的間隔。另外，這種檢測器一般要求精確對準和光束的復(fù)雜掃描。
美國專利說明書US-4353056公開了另一種檢測活體指紋的方法。具體地說，該專利公開了設(shè)置在與該裝置檢測表面平行的一個平面中的極小電容器的一個陣列。當一個手指觸摸檢測表面并使該表面變形時，這些串聯(lián)連接的電容器的電壓分布會發(fā)生變化。然后利用多重通道技術(shù)確定每個電容器上的電壓。但是，檢測器所使用的彈性材料存在長期穩(wěn)定性的問題。此外，驅(qū)動和掃描每個電容器的多重通道技術(shù)可能相對較慢和繁瑣。而且，噪聲和雜散電容可能對相對較小而且密集排列的多個電容器產(chǎn)生不利影響。
美國專利US-5325442中公開了一種包括多個檢測電極的指紋檢測器。通過為每一個檢測電極提供一個相關(guān)的開關(guān)裝置可以實現(xiàn)這些檢測電極的靈敏尋址。每個檢測電極與手指表面的對應(yīng)覆蓋部分有效地形成一個電容器，而所說手指表面為地電位。檢測器可以利用半導(dǎo)體晶片和集成電路技術(shù)制作。放置手指的介電材料可以由氮化硅或聚酰亞胺制成，這些材料可以在檢測電極陣列之上形成一個連續(xù)的覆層。
但是，由于相鄰的電極彼此相互影響，驅(qū)動如在Knapp等人的專利中所述的密集排列檢測電極陣列可能是很困難的。這種檢測器存在的另一個難點可能是，當皮膚和任何雜質(zhì)的導(dǎo)電率可能會因人而極大地不同，甚至在一個指紋范圍內(nèi)也會存在差異時。它區(qū)分指紋紋脊和紋谷的能力。這種檢測器的再一個難點，與許多光學檢測器一樣，對于指紋的不同部分可能需要相對復(fù)雜的快速圖象采集處理，以產(chǎn)生可以使用的信號電平和對比度，從而能夠準確地確定指紋的紋脊和紋谷。美國專利說明書US-4811414公開了對光學生成的指紋圖象進行噪聲平均、輻照均衡、定向濾光、曲率校正、和標度校正的多種方法。但是，所說的各個處理步驟是復(fù)雜的，并且需要下游處理器巨大的計算量。其它指紋電路的信號處理可能也是相對復(fù)雜，從而昂貴和/或慢速的。
本發(fā)明包括一種指紋檢測器，所說檢測器包括一個集成電路片，所說電路片包括至少一層形成用于檢測指紋的電場檢測電極陣列的導(dǎo)電層，與所說集成電路片的電場檢測電極陣列相鄰設(shè)置和與手指接觸的一層介電覆層，所說介電覆層包括用于將電場聚焦在每個電場檢測電極處的一個Z-軸各向異性介電層，其中所說Z-軸各向異性介電層構(gòu)成所說集成電路片的最外層保護面。
本發(fā)明還包括用于制造一種指紋檢測器的一種方法，該方法包括以下步驟
形成一個集成電路片，所說電路片包括至少一層具有用于檢測指紋的電場檢測電極陣列的導(dǎo)電層；形成與所說集成電路片的電場檢測電極陣列相鄰并與手指接觸的一層介電覆層，所說介電覆層包括用于將電場聚焦在每個電場檢測電極處的一層Z-軸各向異性介電層，其中所說形成介電覆層的步驟包括形成該介電覆層使得所說Z-軸各向異性介電層構(gòu)成所說集成電路片的最外層保護面。
本發(fā)明的一個目的是提供這樣一種保護覆層，并且使得能夠與所說檢測器的集成電路片交換信號和功率。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點由下述的一種指紋檢測器實現(xiàn)，所說檢測器包括一個集成電路片，所說電路片包括具有一個電場檢測電極陣列的一個導(dǎo)電層，和與所說電場檢測電極陣列相鄰設(shè)置的一層介電覆層，其中所說介電覆層包括用于將電場聚焦到每個電場檢測電極的一層Z-軸各向異性介電層。換句話說，所說介電覆層可以相對較厚，但是由于存在介電材料的Z-軸各向異性，電場在通過所說介電覆層時不會發(fā)生散焦。
例如，所說Z-軸各向異性介電層可以具有在大約0.0001至0.004英寸范圍的厚度。當然，所說Z-軸各向異性介電層最好還具有化學耐腐蝕性和較高的機械強度，以承受手指的接觸，和便于用溶劑周期性清洗。
可取的是，所說Z-軸各向異性介電層可以構(gòu)成所說集成電路片的最外層保護面。因此，所說介電覆層在所說集成電路片之上和所說Z-軸各向異性介電層之下還可以包含至少一層相對較薄的氧化物層、氮化物層、碳化物層、或金剛石層。
所說Z-軸各向異性介電層可以在硫化基質(zhì)(cured matrix)中包含許多定向介電粒子。例如，所說Z-軸各向異性介電層可以包括聚酰亞胺基質(zhì)中的鈦酸鋇。所說Z-軸介電層還可以由與相應(yīng)的電場檢測電極對齊的高絕緣部分，和較低絕緣部分的環(huán)繞基質(zhì)構(gòu)成。
本發(fā)明的另一方面涉及能夠完全覆蓋所說集成電路片的整個上表面，和能夠與外部設(shè)備和電路電連接?？扇〉氖?，所說導(dǎo)電層包括能夠與所說集成電路片電容性連接的多個電容性連接焊點。因此，所說介電覆層最好完整地覆蓋所說電容性連接焊點和所說電場檢測電極陣列。所說Z-軸介電層還能夠有效地減少相鄰電容性連接焊點之間的串擾。本發(fā)明的這個實施例使得濕氣不會透過所說介電覆層進入并損壞集成電路片。
可取的是，所說指紋檢測器包括包圍所說集成電路片的一個外殼和介電覆層。對于指紋檢測器來說，所說外殼最好具有與所說電場檢測電極陣列相對的一個開口。一個或多個手指接觸電極可以由所說外殼充當，并且與所說集成電路片電連接。
本發(fā)明的一個方法方面涉及制造一種指紋檢測器。該方法可取的是包括以下步驟形成一個集成電路片，所說電路片包括至少一層具有用于檢測指紋的電場檢測電極陣列的導(dǎo)電層；和形成與所說集成電路片的電場檢測電極陣列相鄰并與手指接觸的一層介電覆層，所說介電覆層包括用于將電場聚焦在每個電場檢測電極處的一層Z-軸各向異性介電層。在本發(fā)明的實施例中，除了用于指紋檢測器，所說Z-軸各向異性介電層在能夠?qū)崿F(xiàn)信號電容耦合和接通所說電路片電路電源的同時，還形成了對于集成電路片進一步保護的有效方式。
下面參照附圖以舉例方式介紹本發(fā)明，在所說附圖中

圖1為一個指紋檢測器的俯視平面圖；圖2為圖1所示指紋檢測器的電路部分的示意圖；圖3為圖1所示指紋檢測器電路部分的大比例放大俯視平面圖；圖4為圖1所示指紋檢測器的另一種電路部分的示意圖；圖5為圖1所示指紋檢測器局部的大比例放大側(cè)面剖視圖；圖6為指紋檢測器的另一個實施例的局部大比例放大側(cè)面剖視圖；圖7為圖1所示指紋檢測器另一個局部的大比例放大側(cè)面剖視圖8為圖1所示指紋檢測器的再一個電路部分的方框示意圖；圖9為圖8所示電路的一部分的電路示意圖；圖10為圖1所示指紋檢測器的又一個電路部分的方框示意圖；圖11為圖10所示電路部分的另一個實施例的方框示意圖；圖12為圖1所示指紋檢測器的附加電路部分的方框示意圖；圖13為圖12所示電路部分的另一個實施例的方框示意圖。
圖1-3表示一個指紋檢測器30，該檢測器包括一個外殼或包裝51、設(shè)置在形成手指放置表面的所說外殼上表面上的一個介電層52、和多個輸出管腳(未示出)。圍繞在所說介電層52周邊的一個第一導(dǎo)電條或外部電極54、和一個第二外部電極53形成手指79的接觸電極，如下所詳述的。所說檢測器30可以在根據(jù)所說外殼內(nèi)執(zhí)行的處理級別確定的精密標準范圍內(nèi)產(chǎn)生輸出信號。
所說檢測器30包括以最好是如圖3所示陣列形式排列的多個分立的象素或檢測元件30a。這些元件相對較小，所以能夠檢測到一般指紋的紋脊59和其間的紋谷60。利用諸如根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的電場檢測器30讀取活體指紋比光學檢測更為可靠，因為一種紋脊和紋谷圖案的手指皮膚的阻抗是極難模仿的。相反，光學檢測器可能容易被例如指紋照片或其它類似圖象蒙騙。
所說檢測器30包括一個基板65、和形成在其上的一個或多個有源半導(dǎo)體器件，例如圖中示意性表示的放大器73。一個第一金屬層66將所說的有源半導(dǎo)體器件相互連接起來。在所說第一金屬層66之上設(shè)置有一個第二或地電位面電極層68，并由一個介電層67隔開。一個第三金屬層71設(shè)置在另一介電層70之上。在圖示的實施例中，所說第一外部電極54與一個激勵驅(qū)動放大器74相連，而所說激勵放大器以通常在大約1kHz至1MHz范圍內(nèi)的信號激勵手指79。因此，所說驅(qū)動或激勵電路相對較為簡單，檢測器30的總成本可以相對較低，而可靠性提高了。
在介電層70之上設(shè)置有圓形電場檢測電極78。所說檢測電極78可以與檢測集成電路，例如如圖所示形成在基板65附近的放大器73相連。
一個環(huán)形屏蔽電極80以間隔關(guān)系環(huán)繞著所說檢測電極78。所說檢測電極78及其環(huán)繞屏蔽電極80可以具有其它形狀，例如六角形，以便于象素或檢測元件30a密集配置或排列。所說屏蔽電極80是有源屏蔽，它是由所說放大器73的輸出信號的一部分驅(qū)動的，以幫助聚焦電場能量，進而較少需要驅(qū)動相鄰的電場檢測電極78。
所說檢測器30只包括三層金屬或?qū)щ妼?6、68和71。所說檢測器30無需其它金屬層就可以制成，否則附加金屬層會增加制造成本，而且還可能降低產(chǎn)量。因此，所說檢測器30成本較為低廉，而且可以比包括四層或更多層金屬層的檢測器更加堅固和可靠。
所說放大器73可以以大于1的增益工作以驅(qū)動所說屏蔽電極80。穩(wěn)定性問題不會對放大器73的工作產(chǎn)生負面影響。此外，根據(jù)本發(fā)明的這個特征大大增強了共模和廣義噪聲抑制。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，增益大于1使得能夠無需檢測電極78就可以聚焦電場。
所說檢測元件30a的工作電流非常小，而阻抗非常高。例如，每個檢測電極78的輸出信號最好為大約5至10毫伏，以減少噪聲的影響和有利于進一步處理信號。每個檢測元件30a的適合直徑，如由所說屏蔽電極80的外徑尺度所限定的，可以為大約0.002至0.005英寸。地電位面電極68保護有源電路元件不受有害激勵的影響。電極78、80與所說有源電路之間的各種信號傳輸導(dǎo)體能夠很容易地構(gòu)成。
可取的是，所說檢測器30的總接觸或檢測表面大約為0.5乘0.5英寸，這個尺寸較為容易制造，而且仍然具有對于精確檢測指紋和識別來說足夠大的表面。根據(jù)本發(fā)明制成的這種檢測器30還允許有故障象素或檢測元件30a。典型的檢測器30包括大約256乘256個象素或檢測元件的陣列，盡管根據(jù)本發(fā)明檢測器可以具有其它陣列尺寸。所說檢測器30還可以采用常規(guī)的半導(dǎo)體制造技術(shù)一次成型，從而大大降低制造成本。
參見圖4，所說檢測器可以包括電源控制裝置，用于當檢測到手指與所說第一外部電極54接觸時控制有源電路部分100的操作，所說檢測結(jié)果由圖示的手指檢測方框或電路101確定。例如，所說手指檢測電路101可以在檢測到一個振蕩器的阻抗發(fā)生變化時開始工作，從而確定手指接觸。當然，本發(fā)明還可以采用其它檢測手指接觸的方法。所說電源控制裝置可以包括僅僅當檢測到手指與所說第一外部電極接觸時才接通有源電路部分的啟動裝置，從而節(jié)省電源能量。所說電源控制裝置可以包括保護裝置，用于當沒有檢測到手指與所說第一外部電極接觸時使有源電路部分接地。圖中表示了將啟動裝置和保護控制器電路101結(jié)合在一起的形式。
此外，所說指紋檢測器30還包括手指電荷放電裝置，用于當手指或其它物體與其接觸時將其上的電荷放電。所說手指電荷放電裝置可以由手指接觸的外殼部分51充當?shù)牡诙獠侩姌O53，和連接在所說第二外部電極與地電位之間的電荷放電電阻器104構(gòu)成。如在圖4右上部分中示意性表示的，所說第二電極還可以由與所說外殼51滑動連接的一個可移動導(dǎo)電蓋53’構(gòu)成，所說導(dǎo)電蓋用于遮蓋暴露的上部介電層52的開口。本發(fā)明還可以采用利用樞軸連接的頂蓋。在正常條件下，當頂蓋53’移動露出所說檢測器30的檢測部分時，已將手指上的電荷放電。
所說手指電荷放電裝置和電源控制裝置可以這樣設(shè)置，使得在接通有源電路部分之前，而且在所說電荷放電裝置能夠消除手指上的電荷之前，所說有源電路部分始終保持接地，例如通過在啟動過程中有一個足以使電荷經(jīng)由電阻器104完成放電的短暫的延遲，對此，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解。因此，可以節(jié)省檢測器30的電源能量，并且使檢測器具有靜電放電保護功能，從而所說檢測器成本相對較低，而且堅固耐用，節(jié)省電源。
現(xiàn)在參照圖5，介紹所說檢測器30的其它主要特征。所說介電覆層52可取的是包括一個Z-軸各向異性介電層110，用于如圖中電場線所示將電場聚焦在每個電場檢測電極78處。換句話說，所說介電層110可以相對較厚，但是因為這種材料具有沿Z-軸的各向異性特性，所以電場在其中傳播時不會造成散焦。通常在電場聚焦和機械保護之間會采取權(quán)衡措施。但是，對于聚焦來說比較可取的薄膜卻更容易使下面的電路遭受損壞。
本發(fā)明的Z-軸各向異性介電層110的厚度可以在例如大約0.0001至0.004英寸范圍內(nèi)。當然，所說Z-軸各向異性介電層110最好還具有化學防腐蝕性和較高的機械強度，以能夠承受手指的接觸，和允許定期用化學溶劑進行清洗。所說Z-軸各向異性介電層110形成所說集成電路片120的最外層保護面。因此，總的介電覆層52在所說集成電路片120之上和所說Z-軸各向異性介電層110之下還可以包括至少一層相對較薄的氧化物、氮化物、碳化物或金剛石層111。所說薄層111通常較硬，而可取的是，所說Z-軸各向異性介電層110較軟，從而吸收更多的機械作用力。
所說Z-軸各向異性介電層110可以由硫化基片中的多種定向介電粒子構(gòu)成。例如，所說Z-軸各向異性介電層110可以包含聚酰亞胺基質(zhì)中的鈦酸鋇。
現(xiàn)在參照圖6，圖中示意性表示了利用多個與相應(yīng)電場檢測電極78對齊的高絕緣部分112，和較低絕緣部分113的環(huán)繞基片構(gòu)成的另一種Z-軸介電覆層52’。介電覆層52’的這個實施例可以由多種方式實現(xiàn)，例如通過形成所說高絕緣部分或低絕緣部分的覆層，有選擇地進行蝕刻，并用相反特性的材料填充開口。另一種方法可以是使用可極化微體，并且在硫化基片材料過程中將它們放置在電場中?？梢詨嚎s一種材料以產(chǎn)生Z-軸各向異性特性。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，還可以使用激光和其它選擇性處理技術(shù)。
所說第三金屬層71(圖2)還包括多個電容性連接焊點116a-118a，用于與所說集成電路片120電容性連接。因此，可取的是，所說介電覆層52連續(xù)覆蓋在所說電容性連接焊點116a-118a和象素30a(圖1)的電場檢測電極78陣列上。人們已知通過外覆層的開口實現(xiàn)與焊點的電連接。但是，這些開口會形成水和/或其它污染物的通道，使之與電路片接觸并造成損壞。
在外殼51的一部分上包括一個印刷電路板122，其上帶有相應(yīng)的焊點115a-118b。一個電源調(diào)制電路124與焊點115b-116b連接，而一個信號調(diào)制電路126如圖所示與焊點117b-118b連接。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，電源和信號都很容易連接在印刷電路板122和集成電路片120之間，此外還利用了圖示的電源解調(diào)/調(diào)整電路127和信號解調(diào)電路128。所說Z-軸各向異性介電層110還能夠有效地減少相鄰電容性連接焊點之間的串擾。本發(fā)明的這個實施例30沒有穿透介電覆層52，從而濕氣無法進入和損壞集成電路片120。此外，在集成電路與外部環(huán)境之間形成其它絕緣標準。
在檢測器30中，所說外殼51可取的是包括與電場檢測電極78陣列(圖1-3)正對的一個開口。除了所述的指紋檢測器30，所說的電容性連接和Z-軸各向異性覆層110還可以應(yīng)用于許多用途，特別是需要用連續(xù)薄膜覆蓋集成電路120和焊點116a-118a的上表面的場合。圖8和圖9表示本發(fā)明的阻抗矩陣濾波方面，可以認為所說指紋檢測器30由一個指紋檢測元件130陣列和用于產(chǎn)生與指紋圖象相關(guān)信號的相應(yīng)有源電路131構(gòu)成。所述檢測器30還包括與所說有源電路相連用于對其輸出信號進行濾波的一個阻抗矩陣135。
如圖9所示，所說阻抗矩陣135包括多個阻抗元件136，各個阻抗元件可以連接在各個指紋檢測元件的有源電路，如中央節(jié)點138所示，與其它有源電路(外側(cè)節(jié)點140)之間。所說阻抗矩陣135還包括多個開關(guān)137，各個開關(guān)分別與每個阻抗元件136串聯(lián)連接。可以通過圖示開關(guān)142及其相應(yīng)的阻抗元件143向中央節(jié)點138施加一個輸入信號。所說阻抗元件可以如圖所示由一個或多個電阻器，和一個電容器134構(gòu)成。
濾波器控制裝置可以操縱開關(guān)137對有源電路131產(chǎn)生的信號進行處理。在一個實施例中，所說指紋檢測元件130可以是電場檢測電極78，所說有源電路131可以是放大器73(圖2)。
可以設(shè)置紋脊走向判定裝置145以有選擇地操縱矩陣135的開關(guān)137判斷指紋圖象的紋脊走向。更具體地說，所說紋脊走向判定裝置145可以有選擇地操縱所說開關(guān)137判斷與指紋圖象的紋脊走向相關(guān)的信號強度矢量?？梢愿鶕?jù)眾所周知的旋轉(zhuǎn)縫隙原理判定所說紋脊走向。
所說檢測器30可以包括與所說紋脊走向判定裝置145配合工作用于確定所說指紋圖象的紋心位置的紋心位置確定裝置146。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣很容易理解，紋心位置在例如析取和處理指紋圖象的小花紋時是很有用的。
可以設(shè)置一個數(shù)字化濾波器150，用于有選擇地操縱開關(guān)137將灰度指紋圖象轉(zhuǎn)換為一個數(shù)字指紋圖象?？紤]另一種方式，可以利用所說阻抗矩陣135增強動態(tài)圖象對比度。此外，可以很容易地采用一個邊沿平滑濾波器155改善圖象質(zhì)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，如圖所示，還可以包括其它空間濾波器152，利用所說阻抗矩陣135有選擇地控制所說開關(guān)137對所說指紋圖象進行空間濾波。因此，可以在檢測器30執(zhí)行指紋圖象的處理，從而減少下游設(shè)備的計算量。
在圖9中，所說阻抗矩陣135可以包括多個阻抗元件，各個阻抗元件136可以連接在給定指紋檢測元件130的各個有源電路與相鄰指紋檢測元件的另外8個有源電路之間。
所說控制裝置153順序接通各組有源電路131以節(jié)省電源能量。當然，各個阻抗元件136也順序相連以執(zhí)行濾波功能同樣是可取的。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，可以認為接通電源的有源電路131構(gòu)成了核心部分。電源控制裝置153可以以自適應(yīng)方式工作，從而用于濾波的面積大小是動態(tài)變化的。此外，所說電源控制裝置153還可以只接通對應(yīng)于檢測元件130陣列的預(yù)定區(qū)域的某些有源電路。
可以設(shè)置閱讀器控制裝置154以便僅僅讀取每組有源電路131中預(yù)定的子組，從而來自相鄰有源電路的影響只用于濾波。換句話說，盡管相鄰的有源電路131和相關(guān)的阻抗元件136也接通電源，并且分別相連，但是通常只會同時讀取一個子組的有源電路131。例如，16個阻抗元件136可以形成一個子組，并且容易同時讀取。
因此，檢測元件130的陣列可以快速讀取，而且電源消耗大大減少，因為讀取給定組的有源電路不需要將所有的有源電路131都接通電源。對于一個典型的檢測器，這里所述的電源控制裝置和阻抗矩陣特征的結(jié)合使得與為整個陣列供電相比可以節(jié)省1/10的電源能量。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的這種指紋檢測器30能夠防止對于檢測器的電子欺騙或欺詐，不會將一個假圖象錯誤地處理為一個活體指紋圖象。例如，光學檢測器就可能被使用帶有指紋圖象的紙張欺騙或蒙騙。本發(fā)明指紋檢測器30獨特的電場檢測通過利用手指的復(fù)數(shù)阻抗提供了一種避免電子欺騙的有效方法。
如圖10所示，所說指紋檢測器30包括一個阻抗檢測元件160陣列，用以產(chǎn)生與一個手指79或其它與其相鄰放置物體相關(guān)的信號。所說阻抗檢測元件160由電場檢測電極78和與其相關(guān)的放大器73(圖2)構(gòu)成。此外，防護屏蔽層80可以與每個電場檢測電極78相關(guān)，并且與對應(yīng)的放大器73相連。設(shè)置欺騙減少裝置161用于判斷放置在阻抗檢測元件160陣列附近的物體阻抗是否對應(yīng)于一個活體手指79，從而減少不是活體手指的其它物體對于指紋檢測器的欺騙?？梢岳萌鐖D所示的指示燈163指示欺騙的發(fā)生和/或阻斷進一步處理?；蛘撸€可以利用指示燈164指示確定為活體指紋的結(jié)果，和/或允許進一步處理指紋圖象。
在一個實施例中，所說欺騙減少裝置161可以包括阻抗確定裝置165，以檢測相位角在大約10至60度范圍內(nèi)的復(fù)數(shù)阻抗相應(yīng)于一個活體手指79?；蛘撸f欺騙減少裝置161可以檢測相位角大約為0度的阻抗相應(yīng)于并非活體手指的某種物體，例如其上印有圖象的紙張。此外，所說欺騙減少裝置161可以檢測相位角為90度的阻抗相應(yīng)于其它物體。
現(xiàn)在參照圖11，解釋欺騙減少裝置的另一個實施例?？扇〉氖?，所說指紋檢測器30可以包括用于驅(qū)動阻抗檢測元件160陣列的驅(qū)動裝置，例如圖示的激勵放大器74(圖2)。所說檢測器還包括同步解調(diào)裝置170用于同步解調(diào)從阻抗檢測元件160陣列輸出的信號。因此，在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施例中，所說欺騙減少裝置包括用于在至少一個預(yù)定相位轉(zhuǎn)動角控制所說同步解調(diào)裝置170的裝置。例如，所說同步解調(diào)裝置170可以在大約10至60度的范圍內(nèi)工作，將所得相位角量值與一個預(yù)定閾值比較，以指示所檢測物體是一個活體指紋?；铙w指紋一般具有相位角在10至60度范圍內(nèi)的復(fù)數(shù)阻抗。
或者，可以設(shè)置比值產(chǎn)生和比較裝置172，用于與所說同步解調(diào)裝置170配合，在第一和第二相位角θ1、θ2同步解調(diào)信號，產(chǎn)生所說信號的幅角比值，并將所說幅角比值與一個預(yù)定閾值比較，以判斷所檢測物體是否是一個活體指紋或是其它物體。因此，所說同步解調(diào)器170可以很容易地用于產(chǎn)生減少利用不是活體手指的一個物體對于檢測器30的欺騙所需的阻抗信息。第一相位角θ1與第二相位角θ2可以具有例如在大約45至90度范圍內(nèi)的差值。
所說指紋檢測器30還包括一種自動增益控制特征，以考慮由不同的手指或在不同條件下所產(chǎn)生的圖象信號強度的差異，而且還考慮由于程序變化所引起的檢測器的差異。精確地產(chǎn)生指紋圖象是重要的，這樣檢測器可以區(qū)別指紋的紋脊和紋谷。因此，所說檢測器30包括一種增益控制特征，參照圖2可以理解其第一實施例。
如圖12所示，指紋檢測器30的圖示部分包括由所說電場檢測電極78和與所說放大器73相連的環(huán)繞屏蔽電極80構(gòu)成的一個指紋檢測元件陣列。由于采用了下述的自動增益控制，還可以應(yīng)用其它指紋檢測元件。
可取的是，所說檢測器30的信號處理電路包括多個模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器180。此外，這些A/D轉(zhuǎn)換器180中的每一個都可以包括一個可控制溫標。掃描裝置182順序地將不同元件連接到這組A/D轉(zhuǎn)換器180。圖示的增益處理器185包括范圍確定和設(shè)定裝置，用于根據(jù)先前的A/D轉(zhuǎn)換控制A/D轉(zhuǎn)換器180的增益范圍，從而提高轉(zhuǎn)換分辨率。所說A/D轉(zhuǎn)換器180可以包括圖示的基準電壓輸入端Vref和補償電壓輸入端Voffset，以便設(shè)置所說范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員也很容易理解，所說范圍確定和設(shè)置裝置還可以包括連接在所說增益處理器185與所說A/D轉(zhuǎn)換器180的基準電壓輸入端Vref之間的一個第一數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器186。此外，如圖所示在所說增益處理器185與所說補償電壓輸入端Voffset之間還連接有一個第二D/A轉(zhuǎn)換器189。
所說增益處理器185還包括頻率曲線產(chǎn)生裝置，用于如上所述根據(jù)先前的A/D轉(zhuǎn)換生成頻率曲線。圖12中位于所說增益處理器185附近的曲線圖表示典型的頻率曲線圖191。所說頻率曲線圖191包括對應(yīng)于檢測到的指紋紋脊和紋谷的兩個峰值。通過設(shè)定所說A/D轉(zhuǎn)換器180的范圍，可以安裝要求容易地確定各個峰值的位置，從而將上述變化考慮在內(nèi)，并且利用所說A/D轉(zhuǎn)換器180的全部分辨率。
如圖13所示，所說A/D轉(zhuǎn)換器180可以包括一個相應(yīng)的輸入放大器，以便設(shè)定所說范圍。在這個變型實施例中，所說范圍確定和設(shè)定裝置還可以包括圖示的增益處理器185，其中所說放大器是與所說處理器相連的一個可編程增益放大器(PGA)187。從所說增益處理器185輸出的一個數(shù)字字設(shè)定所說PGA187的增益，從而能夠在高精度下充分利用所說A/D轉(zhuǎn)換器180的分辨率。從所說增益處理器185輸出并通過所示D/A轉(zhuǎn)換器192傳輸?shù)剿f放大器187的一個第二數(shù)字字也可以控制放大器的補償電壓。
所說增益處理器185的范圍確定和設(shè)定裝置可以包括默認值設(shè)定裝置，用于為初始的指紋檢測元件設(shè)定一個默認值范圍。本發(fā)明的自動增益控制特征使得所說D/A轉(zhuǎn)換器180能夠在它們的完全分辨率范圍內(nèi)工作，從而提高圖象信號處理的精度。
一種指紋檢測器包括一個集成電路片和由Z-軸各向異性介電材料構(gòu)成的一層保護覆層，其中包括構(gòu)成電場檢測電極陣列的一層導(dǎo)電層。所說Z-軸各向異性介電層將電場聚焦到各個電場檢測電極處。所說介電覆層相對較厚，但是由于材料具有Z-軸各向異性，所以當電場穿過所說介電覆層時不會發(fā)生散焦。所說Z-軸各向異性介電層包含硫化基質(zhì)中的多種定向介電粒子。所說Z-軸各向異性介電層包括聚酰亞胺基質(zhì)中的鈦酸鋇。所說導(dǎo)電層包括多個電容性連接焊點，使得能夠與所說集成電路片電容耦合連接。
權(quán)利要求
1.一種指紋檢測器，所說檢測器包括一個集成電路片，所說電路片包括至少一層形成用于檢測指紋的電場檢測電極陣列的導(dǎo)電層，與所說集成電路片的電場檢測電極陣列相鄰設(shè)置和與手指接觸的一層介電覆層，所說介電覆層包括用于將電場聚焦在每個電場檢測電極處的一個Z-軸各向異性介電層，其中所說Z-軸各向異性介電層構(gòu)成所說集成電路片的最外層保護面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種指紋檢測器，其特征在于所說Z-軸各向異性介電層具有在大約0.0001至0.004英寸范圍的厚度，并且所說Z-軸各向異性介電層具有化學耐腐蝕性和較高的機械強度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種指紋檢測器，其特征在于所說Z-軸各向異性介電層包含在硫化基質(zhì)中的多種定向介電粒子，并且所說Z-軸各向異性介電層包括在聚酰亞胺基質(zhì)中的鈦酸鋇。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的一種指紋檢測器，其特征在于所說Z-軸各向異性層包括與相應(yīng)電場檢測電極對齊的高絕緣部分的一個陣列、和圍繞所說高絕緣部分的一個低絕緣部分基質(zhì)，其中所說介電覆層在所說集成電路片之上和所說Z-軸各向異性介電層之下還包括至少一層相對較薄的氧化物層、氮化物層、碳化物層、和金剛石層，所說至少一層導(dǎo)電層包括多個電容性連接焊點，使得能夠與所說集成電路片電容性耦合連接；所說介電覆層整體地覆蓋在所說電容性連接焊點和所說電場檢測電極之上，從而所說Z-軸介電層減少了相鄰電容性連接焊點之間的串擾。
5.一種檢測器，它包括一個集成電路片，所說電路片包括具有一個電場檢測電極陣列和多個電容性連接焊點的至少一層導(dǎo)電層，與所說電場檢測電極陣列和所說集成電路片的電容性連接焊點相鄰設(shè)置的一個介電覆層，所說介電覆層包括一層Z-軸各向異性介電層，用于將電場聚焦到每個電場檢測電極處和減少相鄰電容性連接焊點之間的串擾，所說Z-軸各向異性介電層形成所說集成電路片的最外層保護面，可取的是，所說Z-軸各向異性介電層的厚度在大約0.0001至0.004英寸范圍內(nèi)，并且所說Z-軸各向異性介電層具有化學耐腐蝕性和較高的機械強度。
6.如權(quán)利要求5所述的一種檢測器，其特征在于所說Z-軸各向異性介電層包括在硫化基質(zhì)中的多種定向介電粒子，其中所說Z-軸各向異性介電層包含在聚酰亞胺基質(zhì)中的鈦酸鋇，所說Z-軸各向異性層包括與相應(yīng)電場檢測電極對齊的高絕緣部分的一個陣列，和圍繞所說高絕緣部分的一個低絕緣部分基質(zhì)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的一種檢測器，其特征在于所說介電覆層在所說集成電路片之上和所說Z-軸各向異性介電層之間還包括至少一層相對較薄的氧化物層、氮化物層、碳化物層、和金剛石層，所說檢測器還包括包圍所說集成電路片和所說介電覆層的一個外殼，其中所說外殼具有與所說電場檢測電極陣列相對的一個開口，和由所說外殼帶有并與所說集成電路片電連接的至少一個手指接觸電極，使得所說檢測器構(gòu)成一個指紋檢測器。
8.一種集成電路，它包括具有多個電容性連接焊點的至少一層導(dǎo)電層、與所說集成電路片的電容性連接焊點相鄰設(shè)置的一層介電覆層，所說介電覆層包括一層Z-軸各向異性介電層，用于減少相鄰電容性連接焊點之間的串擾，其中所說Z-軸各向異性介電層構(gòu)成所說集成電路片的最外層保護面。
9.如權(quán)利要求8所述的一種集成電路，其特征在于所說Z-軸各向異性介電層的厚度在大約0.0001至0.004英寸范圍內(nèi)，其中所說Z-軸各向異性介電層具有化學耐腐蝕性和較高的機械強度，并且所說Z-軸各向異性介電層包含在硫化基質(zhì)中的多種定向介電粒子。
10.如權(quán)利要求8或9所述的一種集成電路，其特征在于所說Z-軸各向異性介電層包含在聚酰亞胺基質(zhì)內(nèi)的鈦酸鋇，所說Z-軸各向異性層包括與相應(yīng)電場檢測電極對齊的一個高絕緣部分陣列、和圍繞所說高絕緣部分的低絕緣部分的基質(zhì)，所說介電覆層在所說集成電路片至少和所說Z-軸各向異性介電層之下還包括至少一層相對較薄的氧化物層、氮化物層、碳化物層、和金剛石層，所說集成電路還包括包圍所說集成電路片和所說介電覆層的一個外殼。
11.用于制造一種指紋檢測器的一種方法，該方法包括以下步驟形成一個集成電路片，所說電路片包括至少一層具有用于檢測指紋的電場檢測電極陣列的導(dǎo)電層；形成與所說集成電路片的電場檢測電極陣列相鄰并與手指接觸的一層介電覆層，所說介電覆層包括用于將電場聚焦在每個電場檢測電極處的一層Z-軸各向異性介電層；其中所說形成介電覆層的步驟包括形成該介電覆層使得所說Z-軸各向異性介電層構(gòu)成所說集成電路片的最外層保護面。
12.如權(quán)利要求11所述的一種方法，其特征在于形成所說介電覆層的步驟包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性介電層的厚度在大約0.0001至0.004英寸之間，所說形成介電覆層的步驟包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性介電層具有化學耐腐蝕性和較高的機械強度，所說形成介電覆層的步驟包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性介電層的步驟包括在硫化基質(zhì)中的多種定向介電粒子。
13.如權(quán)利要求12所述的一種方法，其特征在于所說形成介電覆層的步驟包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性介電層包含在聚酰亞胺基質(zhì)中的鈦酸鋇，所說形成介電覆層的步驟還包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性層包括與相應(yīng)電場檢測電極對齊的高絕緣部分陣列，和圍繞所說高絕緣部分的低絕緣部分的一種基質(zhì)，并且在所說集成電路片之上與所說Z-軸各向異性介電層之下還包括至少一層相對較薄的氧化物層、氮化物層、碳化物層和金剛石層。
14.如權(quán)利要求11、12、或13所述的一種方法，其特征在于所說形成至少一層導(dǎo)電層的步驟還包括形成該導(dǎo)電層使其包括多個電容性連接焊點以便能夠與所說集成電路片電容性連接；其中所說形成介電覆層的步驟包括形成該覆層使其整體地覆蓋所說電容性連接焊點和所說電場檢測電極，從而所說Z-軸介電覆層減少相鄰電容性連接焊點之間的串擾，還包括形成包圍所說集成電路片和所說介電覆層的一個外殼的步驟，所說外殼具有與所說電場檢測電極陣列對齊的一個開口。
15.制造一種集成電路的一種方法，該方法包括制成一個集成電路片，形成與所說集成電路片相鄰設(shè)置的一個介電覆層，所說介電覆層包括一層Z-軸各向異性介電層，形成所說介電覆層的步驟包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性介電層構(gòu)成所說集成電路片的最外層保護面，所說形成介電覆層的步驟包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性介電層的厚度在大約0.0001至0.004英寸范圍內(nèi)，形成所說介電覆層的步驟包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性介電層具有化學耐腐蝕性和較高的機械強度，并且所說形成介電覆層的步驟包括形成該覆層使得所說Z-軸各向異性介電層包括在硫化基質(zhì)中的多種定向介電粒子。
16.如權(quán)利要求15所述的一種方法，其特征在于所說形成介電覆層的步驟包括形成所說覆層使得所說Z-軸各向異性介電層包括在聚酰亞胺基質(zhì)中的鈦酸鋇，其中形成所說介電覆層的步驟包括形成所說覆層使得所說Z-軸各向異性層包含與相應(yīng)電場檢測電極對齊的高絕緣部分的一個陣列、和圍繞所說高絕緣部分的低絕緣部分的一個基質(zhì)，所說介電覆層在所說集成電路片之上和所說Z-軸各向異性介電層之下包括至少一層相對較薄的氧化物層、氮化物層、碳化物層、和金剛石層，并且包括形成包圍所說集成電路片和介電覆層的一個外殼的步驟。
全文摘要
一種指紋檢測器包括一個集成電路片,和由一種Z－軸各向異性介電材料構(gòu)成的保護層,它包括具有一個電場檢測電極陣列的一層導(dǎo)電層。所說Z－軸各向異性介電層將電場聚焦到各個電場檢測電極處。所說介電覆層相對較厚,但是由于這種材料具有Z－軸各向異性特性,所以當電場穿過所說介電覆層時不會造成散焦。所說Z－軸各向異性介電層包含在硫化基質(zhì)中的多種定向介電粒子。所說Z－軸各向異性介電層包含在聚酰亞胺基質(zhì)中的鈦酸鋇。所說導(dǎo)電層包括多個電容性連接焊點,使得能夠與所說集成電路片電容性耦合連接。
文檔編號G06T1/00GK1278347SQ98806172
公開日2000年12月27日 申請日期1998年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月16日
發(fā)明者戴爾·R·賽特拉克, 尼古拉斯·W·馮·瓦諾, 查爾斯·邁克·紐頓, 馬修·M·薩拉蒂諾 申請人:奧森泰克公司